JP2021081131A - 板材の溶接方法、高温流体流路の改修方法、排気ダクト及び排熱回収ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】例えば改修等のために溶接される板材の起き上がりを抑制する。【解決手段】まず、対向する一対の辺部１１，１２を有し、一対の辺部１１，１２のうち一方の辺部１１から他方の辺部１２の側に離れた位置に貫通部分１３が設けられる板材１０を準備する。次いで、板材１０の一方の辺部１１及び貫通部分１３が接合対象部材の表面上に位置するように板材１０を接合対象部材に重ね合わせる。そして、貫通部分１３の内周縁と接合対象部材の表面とを溶接する。【選択図】図３

Description

本発明の実施の形態は、板材の溶接方法、それを利用した高温流体流路の改修方法、排気ダクト及び排熱回収ボイラに関する。

コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービン、蒸気タービン及び排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を備える。このようなコンバインドサイクル発電プラントでは、ガスタービンから排出された排ガスが排熱回収ボイラに流入し、排熱回収ボイラがガスタービンの排ガスの熱を利用して蒸気を生成する。そして、排熱回収ボイラによって生成された蒸気は蒸気タービンに送られ、蒸気タービンの駆動に利用される。

排熱回収ボイラにおける排ガスの流路部分は一般に、外部側に位置するケーシングと、内部側に位置し排ガスの流路空間を画定するラギングと、ケーシングとラギングとの間に配置される保温材とを有しており、ケーシング及びラギングはそれぞれ複数の面状部材を繋ぎ合わせることで形成されている。また保温材は排ガスの熱の外部リークを抑制するために設けられており、これにより排熱回収ボイラは効率的に蒸気を生成することが可能となる。

国際公開第２００５／０１５５３８号

排熱回収ボイラ内を通過する排ガスは高温高速であるため、排熱回収ボイラの流路部分には損傷が生じる場合がある。具体的にはラギングの部分的な剥がれやラギングの経年劣化により、ラギングに穴が生じ、当該穴から保温材が露出してしまうことがある。このような穴の改修は通常、穴を覆うように板材を溶接することで行うが、この溶接は熱伸びを考慮して、板材の一辺をラギングにおける上記穴の周縁部分に溶接する片側溶接で行われることがある。

しかしながら、上述の片側溶接を行った場合には、溶接部分の冷却に伴う収縮により板材の浮き上がりが生じることがある。このような浮き上がりが生じた場合には、板材とラギングとの間の隙間から排ガスが流入し得るため、保温材が損傷したり飛散したりしてしまう状況が生じ得る。

図６は、上述した板材の片側溶接を利用する一般的な改修手法で改修された排熱回収ボイラの流路部分の概略的な断面図である。図６においては、排熱回収ボイラにおける排ガスの流路部分を構成する部材であるケーシング２１と、ラギング２２と、保温材２３とが示され、ラギング２２には損傷による穴２２Ａが形成されている。片側溶接では、板材１００の一辺とラギング２２とを接合する溶接部分１００Ａの冷却に伴う収縮により二点鎖線に示すように板材１００が起き上がることがある。この場合、矢印αに示すように、板材１００とラギング２２との間の隙間及びラギング２２の穴２２Ａを介して排ガスが保温材２３側に流入し、保温材２３に損傷等が生じ得る。

本発明が解決しようとする課題は、例えば改修等のために溶接される板材の起き上がりを抑制できる板材の溶接方法、それを利用した高温流体流路の改修方法、排気ダクト及び排熱回収ボイラを提供することである。

一実施の形態にかかる板材の溶接方法は、対向する一対の辺部を有し、前記一対の辺部のうち一方の辺部から他方の辺部の側に離れた位置に貫通部分が設けられる板材を準備する工程と、前記板材の前記一方の辺部及び前記貫通部分が接合対象部材の表面上に位置するように前記板材を前記接合対象部材に重ね合わせる工程と、前記貫通部分の内周縁と前記接合対象部材の表面とを溶接する工程と、を備える。

また、一実施の形態にかかる高温流体流路の改修方法は、対向する一対の辺部を有し、前記一対の辺部のうち一方の辺部から他方の辺部の側に離れた位置に貫通部分が設けられる板材を準備する工程と、前記板材の前記一方の辺部及び前記貫通部分が前記高温流体流路の内面上に位置するように前記板材を前記高温流体流路の内面に重ね合わせる工程と、前記貫通部分の内周縁と前記高温流体流路の内面とを溶接する工程と、を備える。

また、一実施の形態にかかる排気ダクトは、排気流体が通流する流路部分と、前記流路部分の内面に設けられる板材とを備える。前記板材は、対向する一対の辺部を有し、前記一対の辺部のうち一方の辺部から他方の辺部の側に離れた位置に貫通部分が設けられる。そして、前記板材は、前記一方の辺部及び前記貫通部分が前記流路部分の内面上に位置するように前記流路部分の内面に重ね合わされて、前記貫通部分の内周縁が前記流路部分の内面に溶接されている。

また、一実施の形態にかかる排熱回収ダクトは、ケーシングと、ラギングと、前記ケーシングとラギングとの間に配置される保温材とを有する排ガス流路を備え、前記ラギングの内面によって画定される流路空間を通流する排ガスの熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラである。当該排熱回収ダクトは、前記ラギングの内面に設けられる板材を備え、前記板材は、対向する一対の辺部を有し、前記一対の辺部のうち一方の辺部から他方の辺部の側に離れた位置に貫通部分が設けられる。そして、前記板材は、前記一方の辺部及び前記貫通部分が前記ラギングの内面上に位置するように前記ラギングの内面に重ね合わされて、前記貫通部分の内周縁が前記ラギングの内面に溶接されている。

本発明によれば、例えば改修等のために溶接される板材の起き上がりを抑制できる。

一実施の形態にかかる板材の溶接方法によって板材が溶接された排熱回収ボイラの概略的な断面図である。 図１の拡大図である。 図２の矢印ＩＩＩの方向で排熱回収ボイラの排ガス流路を見た図である。 図３のＩＶ―ＩＶ線に沿う断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１乃至図４を用いて説明した実施の形態で用いられた板材の変形例を示す図である。 板材の片側溶接を利用する一般的な改修手法で改修された排熱回収ボイラの流路部分の概略的な断面図である。

以下、添付の図面を参照して一実施の形態を詳細に説明する。以下に説明する実施の形態における構成部分のうちの図６を用いて説明した排熱回収ボイラの構成部分と同じものには、同一の符号が付されている。

図１は、一実施の形態にかかる板材の溶接方法によって板材が溶接された排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１の概略的な断面図である。本実施の形態にかかる排熱回収ボイラ１は、図示しないガスタービン及び蒸気タービンと協働してコンバインドサイクル発電プラントを構成する。排熱回収ボイラ１は、ガスタービンが排出する排ガスを通流させる排ガス流路２０と、排ガス流路２０から流出した排ガスを外部に排出する煙突３０とを備え、排ガス流路２０内における二点鎖線で囲んだ空間Ｓに図示省略する伝熱管群等を収容する。

排熱回収ボイラ１では、ガスタービンからの排ガスが矢印βの方向に沿って排ガス流路２０内に流入し、排ガスの熱が伝熱管群に吸収され、その後、降温された排ガスが煙突３０から排出される。伝熱管群によって吸収された熱は蒸気の生成に用いられ、当該蒸気は蒸気タービンの駆動に用いられることになる。

図２は図１の領域Ｒで示す部分の拡大図であり、排ガス流路２０の断面構造を拡大して示している。図２に示すように排ガス流路２０は、外部側に位置するケーシング２１と、内部側に位置するラギング２２と、ケーシング２１とラギング２２との間に配置される保温材２３とを有し、ラギング２２の内面（ケーシング２１側を向く外面の反対側の面）によって排ガスの流路空間を画定する。ケーシング２１及びラギング２２はそれぞれ複数の面状部材を繋ぎ合わせることで形成されており、保温材２３は高温流体である排ガスの熱の外部リークを抑制するために設けられる。保温材２３は、例えばグラスウールやロックウール等でもよい。

図２において、符号２２Ａはラギング２２に形成された穴を示しており、このような穴２２Ａは、例えばラギング２２の部分的な剥がれやラギング２２の経年劣化により形成され得る。本実施の形態では、この穴２２Ａが板材１０によって覆われている。なお、穴２２Ａの形成要因は上記で挙げた例に限定されるものではなく、例えばラギング２２を構成する部材の寸法誤差等によっても生じる場合がある。

図３は図２の矢印ＩＩＩの方向で排ガス流路２０、特にそのラギング２２及びこれに設けられた板材１０を見た図である。図４は図３のＩＶ―ＩＶ線に沿う断面図である。板材１０は対向する一対の辺部１１，１２を有し、一対の辺部１１，１２のうち一方の辺部１１から他方の辺部１２の側に離れた位置に貫通部分１３が設けられている。貫通部分１３は板材１０の厚み方向に貫通する部分であり、本実施の形態では、一方の辺部１１から他方の辺部１２の側に延びる切欠き１４の一部（他方の辺部１２の側の部分）によって貫通部分１３が形成されている。

そして、板材１０は一方の辺部１１及び貫通部分１３がラギング２２の内面上に位置するようにラギング２２の内面に重ね合わされ、この状態で貫通部分１３の内周縁がラギング２２の内面に溶接されている。これにより、板材１０がラギング２２に接合され、穴２２Ａは板材１０によって覆われた状態を維持される。なお、本実施の形態では板材１０が矩形状であるが、その形状は特に限定されるものではない。

図２乃至図４には、貫通部分１３の内周縁とラギング２２の内面とを接合する溶接部分１０Ａが示されている。溶接部分１０Ａは主として溶接材料（溶接金属）からなるが、溶融により上記溶接材料と一体となった板材１０及び／又はラギング２２の材料の一部を含む場合もある。

上述のような板材１０を溶接する際の手順の一例について説明すると、本実施の形態では、まず、板材１０を準備する工程が行われる。次いで、板材１０の一方の辺部１１及び貫通部分１３が接合対象部材であるラギング２２の表面（内面）上に位置するように板材１０をラギング２２に重ね合わせる工程が行われる。そして、貫通部分１３の内周縁とラギング２２の内面とを溶接する工程が行われる。

本実施の形態では、溶接手法として好適にはアーク溶接が用いられるが、溶接の具体的種別は特に限定されるものではない。また、本実施の形態では溶接部材（溶接金属）を用いて溶接を行うことで溶接部分１０Ａが盛り上がり形状をなすが、溶接は溶接部材を用いずに行われてもよい。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

図４に示すように貫通部分１３の内周縁がラギング２２の内面に溶接された場合、溶接部分１０Ａの冷却に伴う収縮によって、矢印γに示すように板材１０が溶接部分１０Ａを起点にラギング２２から離れる方向に起き上がろうとする。

ここで、本実施の形態で溶接部分１０Ａが板材１０の一方の辺部１１から他方の辺部１２側に離れた位置にあることで、板材１０がラギング２２から離れる方向に起き上がろうとする際に、一方の辺部１１がラギング２２の表面に押し当てられ、起き上がり動作が制限される。

よって、本実施の形態では溶接される板材１０の起き上がりを抑制できる。その結果、板材１０の溶接後に板材１０とラギング２２との間の隙間が形成されることが抑制され、排ガスが穴２２Ａから保温材２３側に流入することを抑制できる。

以上、一実施の形態を説明したが、上記の実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上述の実施の形態及びその他の変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、図５（Ａ）及び（Ｂ）は板材１０の変形例を示す。図５（Ａ）の変形例では、板材１０に形成される貫通部分１３が長穴になっている。また、図５（Ｂ）の変形例では、板材１０に形成される貫通部分１３が円形の穴になっている。

また、上述の実施の形態では本発明にかかる板材の溶接方法を排熱回収ボイラに適用したが、当該方法は、排気ダクト等の各種高温流体流路の改修等にも適用することができる。

１…排熱回収ボイラ、１０…板材、１０Ａ…溶接部分、１１…一方の辺部、１２…他方の辺部、１３…貫通部分、１４…切欠き、２０…排ガス流路、２１…ケーシング、２２…ラギング、２２Ａ…穴、２３…保温材、３０…煙突、１００…板材、１００Ａ…溶接部分

Claims (9)

1. 対向する一対の辺部を有し、前記一対の辺部のうち一方の辺部から他方の辺部の側に離れた位置に貫通部分が設けられる板材を準備する工程と、
   前記板材の前記一方の辺部及び前記貫通部分が接合対象部材の表面上に位置するように前記板材を前記接合対象部材に重ね合わせる工程と、
   前記貫通部分の内周縁と前記接合対象部材の表面とを溶接する工程と、を備える板材の溶接方法。
2. 前記板材は、前記接合対象部材に存在する穴を覆うように前記接合対象部材に重ね合わされる、請求項１に記載の板材の溶接方法。
3. 前記貫通部分は、前記一方の辺部から前記他方の辺部の側に延びる切欠きの一部、円形の穴、又は長穴である、請求項１又は２に記載の板材の溶接方法。
4. 高温流体流路の改修方法であって、
   対向する一対の辺部を有し、前記一対の辺部のうち一方の辺部から他方の辺部の側に離れた位置に貫通部分が設けられる板材を準備する工程と、
   前記板材の前記一方の辺部及び前記貫通部分が前記高温流体流路の内面上に位置するように前記板材を前記高温流体流路の内面に重ね合わせる工程と、
   前記貫通部分の内周縁と前記高温流体流路の内面とを溶接する工程と、を備える高温流体流路の改修方法。
5. 前記板材は、前記高温流体流路の内面に形成された穴を覆うように前記高温流体流路の内面に重ね合わされる、請求項４に記載の高温流体流路の改修方法。
6. 排気流体が通流する流路部分と、
   前記流路部分の内面に設けられる板材とを備え、
   前記板材は、対向する一対の辺部を有し、前記一対の辺部のうち一方の辺部から他方の辺部の側に離れた位置に貫通部分が設けられ、
   前記板材は、前記一方の辺部及び前記貫通部分が前記流路部分の内面上に位置するように前記流路部分の内面に重ね合わされて、前記貫通部分の内周縁が前記流路部分の内面に溶接されている、排気ダクト。
7. 前記板材は、前記流路部分の内面に形成された穴を覆うように前記流路部分の内面に溶接されている、請求項６に記載の排気ダクト。
8. ケーシングと、ラギングと、前記ケーシングとラギングとの間に配置される保温材とを有する排ガス流路を備え、前記ラギングの内面によって画定される流路空間を通流する排ガスの熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラであって、
   前記ラギングの内面に設けられる板材を備え、
   前記板材は、対向する一対の辺部を有し、前記一対の辺部のうち一方の辺部から他方の辺部の側に離れた位置に貫通部分が設けられ、
   前記板材は、前記一方の辺部及び前記貫通部分が前記ラギングの内面上に位置するように前記ラギングの内面に重ね合わされて、前記貫通部分の内周縁が前記ラギングの内面に溶接されている、排熱回収ボイラ。
9. 前記板材は、前記ラギングの内面に形成された穴を覆うように前記ラギングの内面に溶接されている、請求項８に記載の排熱回収ボイラ。

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